2 Аварійні режими роботи трансформаторів

До аварійних режимів роботи трансформаторів відносять:

– надструми при перенавантаженнях;

– надструми, викликані зовнішніми короткими замиканнями;

– надструми, викликані короткими замиканнями на виводах силового трансформатора зі сторони живлення;

– зниження рівня масла в баку масляних трансформаторів.

Надструми при перевантаженні трансформатора. Допустиме значення струму перевантаження і тривалість його проходження через трансформатор по-різному визначається для перевантажень, що викликані нерівномірністю графіка навантаження і для перевантажень, що викликані аварійними ситуаціями (аварійне перевантаження).

Аварійні перевантаження допускаються при виході з ладу одного з трансформаторів підстанції, що працюють паралельно, або при спрацьовуванні пристроїв АВР на підстанції, або в мережі, внаслідок чого до працюючого трансформатора підключається навантаження іншого трансформатора.

Допустимі аварійні перевантаження, на відміну від режимних, вказуються незалежно від попереднього навантаження, температури охолоджуючого середовища, місця установки і системи охолодження трансформатора. Допускається аварійне перевантаження масляних трансформаторів від 10 хвилин при 60 % до 120 хвилин при 20 % перевантаженні. Для сухих трансформаторів, відповідно, від 5 до 60 хвилин.

Для контролю, виявлення і запобігання неприпустимих перевантажень трансформаторів виконується максимальний струмовий захист, що діє при збільшенні струму, що протікає через трансформатор понад задане значення струму спрацьовування захисту (струм уставки).

Із врахуванням того, що перевантаження трансформаторів, як правило, є симетричним режимом, тобто у всіх трьох фазах трансформатора проходять однакові струми перевантаження, цей захист виконується за допомогою одного максимального реле струму, включеного на струм однієї із фаз трансформатора.

Підстанції із черговим персоналом можуть бути оснащені захистом від перевантаження який діє на сигнал. Підстанції без постійного чергового персоналу завжди комплектуються захистом, який повинен діяти на розвантаження трансформатора шляхом автоматичного відключення частини навантаження.

Надструми, викликані зовнішніми короткими замиканнями. Якщо коротке замикання виникає неподалік від трансформатора, на елементах мережі нижчої напруги, то через трансформатор проходять струми, які набагато перевищують його номінальний струм. Ці струми називаються надструмами к. з., вони здійснюють шкідливу термічну і динамічну дію на обмотки трансформатора.

Для обмеження тривалості термічної дії струму к. з. необхідно відключати трансформатор, причому тим швидше, чим більше значення надструму зовнішнього к.з. Це завдання виконує максимальний струмовий захист трансформатора або плавкі запобіжники.

Тривалість к.з. на виводах трансформатора не повинна перевищувати критичного значення. Це критичне значення часу дії струму к.з. t_к , с, визначається для масляних трансформаторів за формулою:

, (13.1)

де k_p – кратність максимального розрахункового струму к.з. по відношенню до номінального струму трансформатора.

4с при U_н = 35 кВ; 3с при U_н = 110 кВ.

Уставки часу максимальних струмових захистів (МСЗ) трансформаторів (t_с.з) і час спрацьовування плавких запобіжників, що захищають трансформатор, не повинні перевищувати приведених вище значень t_к.

Для трансформаторів потужністю менше 1000 кВА максимальне розрахункове значення струму трифазного к.з. за трансформатором I_{к max}, А, визначається за значенням напруги короткого замикання трансформатора %, яка завжди вказується в паспорті трансформатора. При цьому передбачається, що трансформатор підключений до шин енергосистеми безмежної потужності (до шин незмінної напруги). Розрахунок I_{к max}, А, проводиться за виразом:

, (13.2)

де І_{ном. тр} – номінальний струм трансформатора, А.

Зовнішні к.з. представляють значну небезпеку для силових трансформаторів. При частих к. з. в лініях, що відходять від підстанції або на шинах підстанції необхідно з’ясувати і усунути причини їх виникнення.

Надструми, викликані короткими замиканнями на виводах силового трансформатора зі сторони живлення. На трансформаторах знижувальних підстанцій коротке замикання може бути як на стороні високої напруги так і на стороні низької напруги (за трансформатором). Числові значення та співвідношення струмів к.з., що проходять через пристрої захисту при таких пошкодженнях, можуть суттєво відрізнятися один від одного. Це є дуже суттєвим і це необхідно враховувати при виконанні релейного захисту трансформатора.

При пошкодженнях на виводах зі сторони живлення струми к.з. не проходять через трансформатор, але проходять через захист, який встановлений перед трансформатором зі сторони живлення. Векторні діаграми струмів та напруги при цьому аналогічні діаграмам при к. з. в лінії живлення та на шинах трансформатора (рисунок 13.1). Дію цих струмів необхідно враховувати при проектуванні релейного захисту трансформаторів.

а б

а – при трифазному к. з.; б – при двофазному к. з.

Рисунок 13.1 – Розподілення струмів і векторні діаграми при к.з. на виводах знижувального трансформатора зі сторони живлення

Надструми, викликані к. з. на виводах нижчої напруги трансформатора. Розподіл струмів в обмотках трансформатора при к.з. з низької сторони залежить від схеми та групи з’єднання обмоток.

З нижувальні двообмоткові силові трансформатори з напругою 35/10 кВ виконують із схемою з’єднання обмоток -11.

Найбільший інтерес для виконання захисту трансформаторів із вказаною схемою з’єднання обмоток представляє двофазне к. з. за трансформатором. При цьому при виконанні захисту необхідно знати числові значення струмів зі всіх сторін трансформатора, так як місце встановлення захисту і місце к. з. не обов'язково співпадають.

В екторні діаграми струмів в обмотках ВН та НН для трансформатора зі схемою -11 наведені на рисунку 13.2, із яких видно, що утворюється зміщення між струмами на сторонах ВН та НН трансформатора.

а – робочих струмів; б – струмів на стороні ВН; в – фазних струмів на стороні НН; г – лінійних струмів на стороні НН; д – струмів фази А зі сторони ВН та НН

Р исунок 13.2 – Векторні діаграми розподілу струмів силового трансформатора зі схемою з’єднань - 11.

Для трансформаторів невеликої потужності захист може встановлюватися лише зі сторони живлення. Для зручності та наочності зрівняння струмів, що проходять на різних сторонах трансформатора, умовно вважають, що коефіцієнт трансформації рівний 1 та струми навантаження відсутні.

Зниження рівня масла в баку трансформатора

Трансформаторне масло забезпечує не тільки електричну ізоляцію обмоток, але і їх охолодження. Тому зниження рівня масла в трансфор­маторі нижче допустимого представляє велику небезпеку.

Причинами зниження рівня масла може бути різке зниження тем­ператури навколишнього повітря або протікання баку трансформатора. Про пониження рівня масла сигналізує газовий захист, яким обладнані трансформатори потужністю 630 кВА і вище. Якщо рівень масла шви­дко знижується із-за сильного протікання баку трансформатора, газовий захист діє на відключення.

Окрім газового захисту, в баку силового трансформатора можуть додатково встановлюватися первинні перетворювачі рівня масла, що діють на сигнал.

Для захисту силових трансформаторів напругою 6...10/0,4 кВ по­тужністю до 630 кВА та деяких трансформаторів напругою 35/6...10 кВ потужністю до 1000 кВА використовують плавкі запобіжники. На всіх ін­ших трансформаторах для захисту від внутрішніх к.з. в якості основного захисту встановлюють струмову відсічку без витримки часу (при потужно­сті до 6300 кВА) або диференціальний захист (для трансформаторів поту­жністю 6300 кВА і вище).

Диференціальний захист також може встановлюватися на трансформаторах потужністю 1000…4000 кВ, якщо:

• струмова відсічка не задовольняє вимогам чутливості;

• максимальний струмовий захист трансформатора має витримку часу, що перевищує 0,5 с;

• трансформатор встановлено в сейсмічно активному районі.

Для захисту від усіх видів пошкоджень всередині баку та від зни­ження рівня масла силових трансформаторів потужністю S_н ≥ 6300 кВА (допускається також для трансформаторів S_н = 1000…4000 кВА) застосовують газовий захист.

Для захисту від зовнішніх к.з. застосовують МСЗ, який виконує також функцію резервного захисту трансформатора при відмові інших захистів.

Струмовий захист трансформаторів виконується з використанням вторинних максимальних реле струму (прямої або посередньої дії). При цьому необхідно мати на увазі, що трансформатори малої потужності становлять для струмів короткого замикання відносно великий зосереджений опір, тому ефективність струмової відсічки для них задовільна.